全光通信中的光开关技术

如SiO2、Si和有机聚合物等。在硅衬底上，用蒸发、溅射、光刻、腐蚀等工艺形成分支波导阵列，然后在每个分支上蒸发金属薄膜加热器和电极。电极加上电流后，加热器的温度使下面的波导被加热，温度上升，热光效应引起波导折射率下降，这样就将光耦合从主波导引导至分支波导。聚合波导技术是非常有吸引力的技术，它成本低、串扰低、功耗孝与偏振和波长无关。聚合物波导的热光系数很高，而导热率很低，因而能更有效地利用热来控制光的传播方向，开关时间相对减小可达1ms以内。热光开关的速度介于电光开关和MEMS之间。热光光开关技术主要是用来制造小型的光开关。通过集成多个1x2光开关也可组成较大的阵列。目前主要有2种类型热光光开关：干涉式光开关、数字光开关也叫分支器型热光开关。
干涉式光开关主要利用马赫-增德尔干涉原理制造，主导思想是利用光相位特性，光的相位与光的传输距离有关，输入光被分成两路，在两个分开的光波导里面进行传输，再合并。在两个波导臂上镀有金属薄膜加热器形成相位延时器，通过控制加热器实现干涉的相长或相消，达到开关的目的。MZI型光开关结构如图8所示。它包括1个MZI和2个3dB耦合器，两个波导臂具有相同的长度，在MZI的干涉臂上，镀上金属薄膜加热器形成相位延时器，波导一般生成在硅基底上，硅基底还可看作一个散热器。波导上的热量通过它来散发出去。当加热器未加热时，输入信号经过2个3 dB耦合器在交叉输出端口发生相干相长而输出，在直通的输出端口发生相干相消，如果加热器开始工作而使光信号发生了大小为π的相移，则输入信号将在直通端口发生相干相长而输出，而在交叉端口发生干涉相消。从而通过控制加热器可实现开关的动作。干涉式光开关结构紧凑，但对光波长敏感，需要进行精密温度控制。

数字光开关的原理和结构都很简单，如图9所示，最基本的1x2热光开关由在硅基底上制作的Y形分支矩形波导构成。在波导分支表面沉积金属钛或铬，形成微加热器。当对Y形的一个分支加热时，相应波导的折射率会发生改变，从而阻止光沿该分支的传输。数字光开关的性能稳定，在于只要加热到一定温度，光开关就保持同样的状态。它通常用硅或高分子聚合物制备，聚合物的导热率较低而热光系数高，因此需要的功耗小，但插入损耗较大，一般为4 dB。

4 结束语
光开关是全光通信网的关键部件，本文对光开关的主要类型：传统机械式光开关、微电子机械式光开关、热光开关进行了详细分析，总结了各种子类型的基本原理、结构形式，指出它们在应用时所存在的问题。提出了一套光开关性能评价指标体系，并对4种常见的光开关进行了具体比较，为工程应用中的类型选择提供了参考依据。
光开光技术还在迅速发展，有一些趋势值得关注。随着业务需求的急剧增长，骨干网业务交换容量也急剧增长，因此光开关的交换矩阵的大小也要不断提高。同时由于IP业务的急剧增长，要求未来的光传送网能支持光分组交换业务，未来的核心路由器能在光层交换。这样，对光开关的交换速度提出更高的要求(纳秒数量级)。热光开关列阵、微机械光开关列阵由于集成度较大，因而将是大规模阵列光开关的发展方向。MEMS光开关目前最有发展前景，最能适应DWDM全光通信网要求。由于MEMS技术具有兼容性强、易集成、设计灵活、可大规模生产的优势，MEM5光开关的集成化和产业化将是未来MEMS光开关的发展方向。传统的机械式光开关在光信号监测领域有较大的市场应用前景。总之，大容量、高速交换、透明、低损耗的光开关将在光网络发展中起到更为重要的作用。